Лабораторная работа № 1
(продолжительность выполнения работы 4 академических часа)
Тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИЗАТОРА МЕТАНА типа АТ1-1»
Цель работы – изучение функций, состава, конструкции и исследование принципа действия анализатора метана АТ1-1.
Краткие сведения об анализаторе метана
Назначение
Анализатор метана АТ1-1 предназначен для непрерывного местного и централизованного контроля метана, выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана.
Область применения
Анализатор метана АТ1-1 предназначен для применения в подземных горных выработках угольных шахт, опасных по газу, в которых «Правилами безопасности в угольных шахтах» допущено применение электрооборудования в исполнении РВ и РО.
Скорость движения воздушного потока в горной выработке должна быть до 8 м/с. Запыленность рудничного воздуха не должна превышать 1 г/м3.
Анализатор метана АТ1-1 используется для контроля метана в одной точке (один датчик метана).
Функции
Анализатор метана АТ1-1 обеспечивает:
непрерывный автоматический контроль объемной доли метана в месте установки датчика;
выдачу сигнала на автоматическое отключение электрического питания контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана или неисправности функциональных цепей анализатора;
выдачу сигнала на предварительное отключение отдельного механизма участка (комбайна, погрузочной машины и пр.) с выдержкой времени;
световую и звуковую сигнализацию при пороговом содержании объемной доли метана в контролируемой точке горной выработки;
дистанционный визуальный контроль объемной доли метана по указывающему прибору аппарата сигнализации;
возможность передачи диспетчеру дискретной телесигнализации о нормальной работе анализатора, предельно допустимой объемной доле метана и обрыве линии телеизмерения;
возможность передачи диспетчеру непрерывного унифицированного сигнала об объемной доле метана;
телефонную связь между преобразователем, аппаратом сигнализации и стойкой у диспетчера.
Анализатор метана АТ1-1 имеет следующие параметры:
верхний предел диапазона измерений объемной доли метана – 2,5%;
объемная доля метана, при которой срабатывает исполнительное устройство (уставки срабатывания) – 0,5; 0,75; 1,0; 1,3; 2,0%;
предел допускаемой основной абсолютной погрешности анализаторов – 0,2%;
предел допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания анализаторов по показаниям преобразователя – 0,2%;
выдержка времени на выдачу предварительного сигнала – (17±3) мин;
допустимое значение времени срабатывания по объемной доле метан должно быть не более 15с;
напряжение питания переменного тока при частоте (50±1) Гц - 36, 100, 127, 380 или 660 В.
Состав
Анализаторы метана АТ1-1 существуют в двух вариантах: первый – с использованием датчика метана ДМТ -4 и аппарата сигнализации АС.5; второй – с использованием датчика метана выносного ДМВ с преобразователем параметров измерительным ППИ и аппаратом сигнализации АС.8. В обоих вариантах в комплект аппаратуры входят также сирена искробезопасная
СИ-1 и две трубки телефонные ТИТ-1. В лабораторной работе рассматривается анализатор метана АТ1.1. На рисунке 1 приведена структурная схема анализатора АТ-1-1 с датчиком ДМВ.
Датчик ДМВ предназначен для непрерывного контроля объемной доли метана в рудничной атмосфере, преобразования её в электрический сигнал и передачи этого сигнала на преобразователь ППИ. Количественное содержание метана в воздухе определяется путем беспламенного сжигания метана на поверхности платино-палладиевого катализатора датчика при температуре ~4000С и измерения выделившегося при этом тепла. На месте установки датчик метана крепится при помощи проволочной подвески к крепи. При установки датчика ДМВ и преобразователя ППИ в непосредственной близости друг к другу допускается датчик крепить непосредственно к корпусу преобразователя ППИ используя дистанционную шайбу, которая входит в комплект принадлежностей анализатора.
Преобразователь ППИ предназначен для электрического питания датчика ДМВ, приёма от него сигнала об объёмной доли метана, преобразования этого сигнала в унифицированный сигнал для передачи его в аппарат сигнализации и выдачи сигнала на отключение электрического питания контролируемого объекта при превышении объёмной доли метана предельно допустимых норм по Правилам безопасности в угольных шахтах.
На крышке ППИ расположены: смотровые окна для светодиодов Н1, Н2, светодиода наличия питания и цифровых индикаторов; кнопка «Контроль»; крышка, закрывающая оси подстроечных резисторов служащих для первоначальной настройки схемы ППИ (балансировка смещения нулевого уровня усилителя при отсутствии метана, установка коэффициента усиления, чтобы сигнал на выходе выпрямителя соответствовал объемной доле метана).
.
Рисунок
1 – Структурная схема анализатора метана
АТ-1-1 с датчиком ДМВ
Светодиод Н1загорается (зеленым светом) при превышении нижнего уровня содержания метана (первый порог), а второй светодиод Н2 загорается (красным светом) при превышении верхнего уровня содержания метана (второй порог) в месте установки датчика ДМВ. На цифровом индикаторе преобразователя ППИ высвечиваются данные о концентрации метана в рудничной атмосфере в месте установки датчика ДМВ.
Преобразователь ППИ состоит из следующих функциональных блоков: А2.1 – блок исполнительный; А2.2 – блок питания; А2.3 – блок сигнализации и индикации. Блок питания преобразователя ППИ имеет неразборную конструкцию и при выходе из строя подлежит замене.
Преобразователь ППИ подвешивается при помощи ручки в месте удобном для наблюдения за цифровыми индикаторами.
Аппарат сигнализации АС.8 предназначен для электрического питания преобразователя ППИ, выдачи сигнала на предварительное отключение отдельного механизма участка (комбайна, погрузочной машины и пр.) с выдержкой времени (первый порог срабатывания), выдачи сигнала без выдержки на отключение электрического питания контролируемого объекта (второй порог срабатывания), передачи телеметрической информация об объемной доле метана на стойку СПИ.1, включении сирены и обеспечения телефонной связи. Связь аппарата АС.8 с преобразователем ППИ осуществляется четырехжильным телефонным кабелем ТАШС1х4. Максимальная длина кабеля определяется допустимым падением напряжения в линии и составляет не более 2000м, при этом сопротивление линии не должно превышать 150 Ом.
В состав аппарата сигнализации АС-8 входят следующие основные функциональные блоки: А1.1 – блок стабилизатора; А1.2 – блок питания сирены; А1.3 – блок элементов; А1.4 – высокочастотный генератор 14кГц. Блок стабилизатора А1.1 имеет неразборную конструкцию и при выходе из строя подлежит замене.
Конструкция аппарата сигнализации АС.8 представляет собой корпус во взрывобезопасном исполнении. Аппарат сигнализации устанавливается на распределительном пункте участка или у подземной подстанции в месте, удобном для наблюдения за прибором.
Трубка телефонная искробезопасная ТИТ-1предназначена для осуществления двухсторонней телефонной связи между аппаратом сигнализации, преобразователем и стойкой приема информации у оператора АГЗ.
Сирена искробезопасная СИ-1предназначена для подачи звукового сигнала при достижении предельно допустимой объемной доли метана в месте установки датчика ДМВ. Сирена устанавливается на распределительном пункте лавы или в месте, где вероятность нахождения людей наибольшая, например, на погрузочном пункте.
Электрические цепи преобразователя ППИ и датчика ДМВ имеют уровень искробезопасности Иа, который обеспечивается малой потребляемой мощностью, ограничениям токов схемы до искробезопасных значений.
Принцип действия
Принципиальная электрическая схема анализатора метана АТ1.1 с датчиком ДМВ и преобразователем ППИ приведена на рисунке 2. При включении аппарата сигнализации АС.8 напряжение 36, 100, 127, 380 или 660В (заводом изготовителем анализатор поставляется для включения на 660В) переменного тока через контакты блокировочного выключателя S1 поступает на вход трансформатора Т1. С вторичной обмотки трансформатора Т1 напряжения различных уровней поступают на блоки аппарата сигнализации. Так напряжение 127В поступает на вход феррорезонансного стабилизатора А1.1, с выхода которого искробезопасное напряжение 52В поступает на панель зажимов контактных ХТ1 (клеммы 1,2) и используется для питания преобразователя ППИ. Напряжение 24В с обмотки 03-24 трансформатора Т1 поступает на блок питания сирены А1.2 и блок элементов А1.3. Блок элементов служит для питания реле К1, ламп Н1,Н2, генератора сигналов А1.4 и состоит из выпрямителя на диодах VD1…VD4, мультивибратора на микросхеме DA1 и транзистора VT1.
С блока питания А2.2 преобразователя ППИ (контакты А3 и А4 разъема ХР4) напряжение 1,9 - 2,1В подается на измерительный мост, состоящий из рабочего элемента R2 (платиновый термометр сопротивления, который измеряет температуру рабочего элемента), сравнительного элемента R3 (одинаковый по конструкции с рабочим, но не обладающий каталитическими свойствами) датчика ДМВ и плечевых резисторов R4 и R5, находящихся в преобразователе ППИ.
Первоначальное уравновешивание мостовой схемы (при отсутствии метана) производится с помощью переменного резистора расположенного в блоке сигнализации и индикации А2.3 преобразователя ППИ и имеющего доступ для регулирования при открывании крышки на корпусе преобразователя ППИ.
Наличие метана в рудничном воздухе вызывает дополнительный нагрев рабочего элемента выше 4000 ( в зависимости от концентрации метана), а сравнительный элемент остается в нагретом состоянии 4000, что приводит к неодинаковому изменению сопротивления этих элементов и нарушению баланса мостовой схемы. Сигнал с мостовой схемы усиливается и преобразовывается в сигнал постоянного тока 0-5 мА в преобразователе ППИ (в блоке исполнительном А2.1).
При содержании метана в рудничной атмосфере ( в месте установки датчика метана) в количестве не превышающем установленные нормы по Правилам безопасности в угольных шахтах реле К2 и КЗ аппарата АС-8 включены.
При наличии метана в рудничной атмосфере в количестве, превышающем установленные нормы по Правилам безопасности в угольных шахтах, блок исполнительный А2.1 преобразователя ППИ обеспечивает обработку входного сигнала от датчика ДМВ и формирование выходного сигнала в аппарат сигнализации АС.8 на отключение электроснабжения контролируемого объекта по первому или второму порогам срабатывания и на включение сигнальных светодиодов Н1 и Н2.
Так, если объемная доля метана превысила только нижний уровень защитного отключения (первый порог), то в аппарате сигнализации АС.8 будет отключено реле К2. Загорается лампа Н1. Причем, отключение электроснабжения контролируемого объекта по первому порогу происходит с выдержкой времени. Выбор выдержки времени на выдачу сигнала отключения осуществляется перемычкой в блоке исполнительном преобразователя ППИ. На заводе устанавливается перемычка, при которой обеспечивается выдержка времени порядка 17 мин. Если перемычку поставить в другое положение, срабатывание будет происходить через 0,5с. По истечении выдержки времени отключается реле К3 и осуществляются переключения в схеме как при срабатывании анализатора при верхнем уровне защитного отключения.
Если объемная доля метана превысила верхний уровень защитного отключения (второй порог), то в аппарате сигнализации АС.8 реле КЗ отключается и своим контактом включает лампочку Н2, коммутирует реле - повторитель К1, в результате чего выдается сигнал на отключение автоматического выключателя (на рисунке 2 на разъеме ХТ1 контакт АФВ) системы электроснабжения контролируемого объекта. Включает блок питания сирены, чем обеспечивается подача звуковой сигнализации. Также подключает через мультивибратор питание генератора сигналов А1.4, при этом у оператора АГЗ на стойке приема информации СПИ-1 появляется мигающий световой сигнал с частотой до 3 Гц.
При функционировании анализатора метана возможен режим предварительного отключения, который предназначен для отключения отдельного механизма участка, например, добычного комбайна, а конвейер в это время может работать. Для этого используется замыкающийся контакт реле К2 без выдержки времени ( сигнал поступает на контакт 8,9 разъема ХТ1 аппарата сигнализации АС.8.. Реле К2 при необходимости может быть использовано для коммутации искробезопасной цепи сигнализации.
Усиленный электрический сигнал от датчика метана транзитом через аппарат сигнализации может передаваться на стойку приема информации оператора АГЗ.
Анализатор метана поставляется заводом изготовителем настроенным на уставку срабатывания первого порога 1%, второго порога 1,3%. Если условиям эксплуатации нужна другая уставка срабатывания, то необходимо произвести перенастройку аппаратуры резисторами преобразователя ППИ.